Day - 10

Yeniden Sıvılaştırma, depolama tankından buharlaşan gazın (Boil-Off Gas - BOG) tekrar sıvı faza dönüştürülmesidir.

• Temel Fark: Bu işlem, gazın zaten bir kez sıvılaştırılmış olması ve sürecin sadece buharlaşan gaz (boil-off) üzerinde gerçekleşmesi dışında, temel sıvılaştırma ile aynıdır.
• Ana Amaç: Gemi operasyonlarında IGC Kodu'nun gerekliliği olan yük basıncı ve sıcaklık kontrolünü etkin bir şekilde sağlamaktır.

Bir gazın sıvılaşması, moleküllerinin birbirine yaklaştırılması ile başarılır.

• Gaz molekülleri birbirinden uzaktır; sıvı molekülleri ise yoğun ve yakındır.
• Uygulanan Yöntemler: Gaz moleküllerini bir araya getirmek için iki temel yöntem kullanılır:
  1. Gaza uygulanan basıncı yükseltmek.
  2. Gazın sıcaklığını düşürmek.
• Örnek: Normalde gaz halde bulunan oksijen bile, yeterli miktarda basınç ve soğutma ile sıvıya dönüştürülebilir.

Gazların sıvılaştırma yöntemlerini belirleyen iki hayati termodinamik eşik vardır: Kritik Sıcaklık ve Kritik Basınç.

• Kritik Sıcaklık (): Bir gaza ne kadar yüksek basınç uygulanırsa uygulansın, bu sıcaklığın üzerinde asla sıvılaştırılamayacağı maksimum sıcaklık değeridir.
• Kritik Basınç (): Gazın tam olarak kritik sıcaklıkta sıvılaşması için gereken minimum basınç miktarıdır.

Gaz	Kritik Sıcaklık ()	Kritik Basınç ()	Yorum
Karbondioksit			Yüksek sayesinde nispeten kolay sıvılaştırma.
Nitrojen			Zorlu kriyojenik sıvılaştırma (çok düşük ).

Gaz taşıyıcı gemilerde, taşınan kargonun özelliğine ve IGC Kodu gerekliliklerine bağlı olarak üç ana sistem tipi kullanılır:

1. Dolaylı Sistem (Indirect System): Yük buharı, sıkıştırılmadan harici bir soğutucu akışkan (refrigerant) ile ısı değiştirilerek yoğuşturulur.
2. Doğrudan Sistem (Direct System): Buharlaşan gaz sıkıştırılır, yoğuşturulur ve doğrudan tanklara geri pompalanır.
3. Kaskad Sistemi (Cascade System): Doğrudan sistemin bir varyantıdır. BOG sıkıştırılır, ancak yoğuşturma işlemi bir yük/soğutucu ısı eşanjörü içinde gerçekleştirilir. (IGC Kodu bu sistemi "birleşik (combined) sistem" olarak adlandırır.)

Dolaylı sistem, BOG'u yoğuşturmak için harici ve oldukça soğuk bir soğutma tesisi kullanımını zorunlu kılar.

• Verimlilik: Yoğuşturma verimi için çok düşük sıcaklıkta bir soğutucu ve geniş yüzey alanına sahip ısı eşanjörleri gereklidir.
• Zorunluluk: IGC Kodu, belirli kimyasal yükler taşınırken ve Type 1G gemi tiplerinde bu sistemin kullanımını zorunlu tutabilir.

• Isı Girişi: Kargo tankı ne kadar izoleli olursa olsun, dış ortamdan gelen ısı Termodinamiğin İkinci Yasası gereği sisteme sürekli sızar.
• Buharlaşma ve Basınç: Giren bu ısı, sıvının gizli buharlaşma ısısını aşar ve basıncı yükselten BOG oluşumuna neden olur.
• Mollier Diyagramı: Tank basıncını sabit tutmak için sisteme giren ısı, sıvılaştırma çevrimi (özellikle kompresör) vasıtasıyla mutlaka dışarı atılmalıdır.
• Joule-Thomson Etkisi: Kondensat, genleşme valfinden geçerken entalpisi değişmeden sıcaklığı düşer, bu da soğutma döngüsünün kritik bir soğutma adımıdır.

Bu etki, gazın genleşmesi sırasında dışarıdan ısı transferi veya iş üretimi olmaksızın sıcaklığının değişmesini ifade eder.

• Prensip: Normal gazlar (Hidrojen ve Helyum hariç) genleşirken soğur; bu, soğutma sistemlerinde temel alınan bir fizik kuralıdır.
• Gerçek Soğutma: Yeniden sıvılaştırma çevriminin sağladığı gerçek soğutma, gazın yoğuşması, soğutulması ve tanka geri dönüşü sırasında çekilen duyulur ve gizli (latent) ısı toplamından oluşur.

Sistemdeki ısı, kondansörde deniz suyu ile ısı değişimi yapılarak uzaklaştırılır.

• Kompresör Basıncı: Deniz suyunun sıkıştırılmış gazı yoğuşturabilmesi için, suyun sıcaklığı gazın yoğuşma sıcaklığından düşük olmalıdır. Bu yoğuşma sıcaklığı şartı, kompresörün ulaşması gereken basma basıncını (discharge pressure) doğrudan belirleyen ana faktördür.

Kimyasal hammadde yükleri, örneğin etilen ve propilen, genellikle çok saf bir şekilde taşınır; bu durum Mollier diyagramlarının kullanımını basitleştirir.
Ancak birçok yük, özellikle LPG, hidrokarbon karışımlarından oluşur. Bölüm 2.9.2’de tartışıldığı gibi, buharlaşan gaz sıvı faza göre daha uçucu bileşen açısından zengindir. Bu durum, yeniden sıvılaştırma tesisinin performansını etkiler.

Örneğin, soğutulmuş bir propan yükü sıvı fazında %4 (mol) etan içeriyorsa ve basınç 1.1 bara ise, faz diyagramı (Şekil 2.40) buharlaşan gazın %22 (mol) etan içerdiğini gösterir.

Bu bileşim, saf propan ile karşılaştırıldığında kompresörden geçen kütle akışını azaltır ve bu da sistemin soğutma kapasitesini düşürür. Daha yüksek etan içeriği ayrıca buharın yoğuşma basıncını artırır ve kompresör kapasitesini azaltır.

Bu nedenle, bir LPG yükündeki etan içeriği, yeniden sıvılaştırma tesisinin performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.

Eğer yükün kritik sıcaklığı deniz suyu sıcaklığının üzerindeyse, özellikle metan, etan ve etilen için olduğu gibi, yoğuşma için bir soğutucu kullanılması gerekir.

Kaskad sistemi, adından da anlaşılacağı üzere, ardışık olarak iki veya daha fazla buhar sıkıştırma çevrimi kullanır. Tek bir soğutucu ile kaskad çevrimin basitleştirilmiş diyagramı Şekil 2.43’te gösterilmiştir.

Yük buharının tek kademeli sıkıştırılması, tek kademeli doğrudan çevrim ile aynıdır, ancak yük kondansörü deniz suyu yerine bir soğutucu ile soğutulur. Kondensasyon sırasında yük, sıvı soğutucuyu buharlaştırır ve oluşan soğutucu buharı daha sonra geleneksel kapalı devre bir soğutma çevriminden geçirilir ve deniz suyuna karşı yoğuşturulur.

Kaskad çevrimler daha fazla makine gerektirir ve işletmesi daha karmaşıktır. Ancak soğutma işi kompresörler arasında bölünür ve yeniden sıvılaştırma çevriminin genel verimliliğini artırır.

Mollier diyagramları, tesisin nasıl çalıştığını göstermek için tekrar hazırlanabilir; bir diyagram yük çevrimini, diğer diyagram ise soğutma çevrimini temsil eder.